Cientistas do MIT e da Universidade de Chicago identificam as Origens da Tênue Atmosfera da Lua

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Imagem: Portal Space Daily

As fontes incluem (A) vaporizaçãode impactos de meteoroides (IV), (B) esfoliação de íons do vento solar (IS) e (C) dessorção estimulada por fótons (PSD). A vaporizaçãode impactos e a esfoliação de íons do vento solar liberam átomos das rochas, enquanto a PSD apenas libera átomos adsorvidos fracamente. Uma vez liberados por IS ou IV, uma fração deles é perdida para o espaço através de (D) escape gravitacional. A PSD não causa escape gravitacional devido à sua baixa energia. Os átomos que não escapam diretamente podem saltar várias vezes na superfície lunar até serem eventualmente perdidos para o espaço ou reimplantados na superfície lunar por (E) fotoionização ou (F) permanentemente aprisionados na superfície lunar.

 

No dia de ontem (04/08) a página 'Moon Daily' do portal 'Space Daily' noticiou que um novo estudo de cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) e da Universidade de Chicago identificou as Origens da Tênue Atmosfera da Lua.

 

Embora a Lua não possua ar respirável, ela abriga uma atmosfera quase imperceptível. Desde a década de 1980, os astrônomos observaram uma camada muito fina de átomos se movimentando sobre a superfície lunar. Esta atmosfera delicada - tecnicamente conhecida como "exosfera" - é provavelmente um produto de algum tipo de intemperismo espacial. No entanto, exatamente quais são esses processos tem sido difícil de determinar com certeza.

 

Agora, cientistas do MIT e da Universidade de Chicago afirmam ter identificado o principal processo que formou a atmosfera da Lua e continua a sustentá-la hoje. Em um estudo publicado na Science Advances, a equipe relata que a atmosfera lunar é principalmente um produto da "vaporizaçãode impactos".

 

No estudo, os pesquisadores analisaram amostras de solo lunar coletadas por astronautas durante as missões Apollo da NASA. A análise sugere que, ao longo dos 4,5 bilhões de anos da Lua, sua superfície foi continuamente bombardeada, primeiro por meteoritos massivos e, mais recentemente, por "micrometeoritos" menores, do tamanho de poeira. Esses impactos constantes elevaram o solo lunar, vaporizaram certos átomos no contato e lançaram as partículas no ar. Alguns átomos são ejetados para o espaço, enquanto outros permanecem suspensos sobre a Lua, formando uma atmosfera tênue que é constantemente reabastecida à medida que meteoritos continuam a atingir a superfície.

 

Os pesquisadores descobriram que a vaporizaçãode impactos é o principal processo pelo qual a Lua gerou e sustentou sua atmosfera extremamente fina ao longo de bilhões de anos.

 

"Oferecemos uma resposta definitiva de que a vaporizaçãode impactos de meteoritos é o processo dominante que cria a atmosfera lunar", diz a autora principal do estudo, Nicole Nie, professora assistente no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. "A Lua tem quase 4,5 bilhões de anos e, ao longo desse tempo, sua superfície foi continuamente bombardeada por meteoritos. Mostramos que, eventualmente, uma atmosfera tênue atinge um estado estável porque está sendo continuamente reabastecida por pequenos impactos por toda a Lua."

 

Os co-autores de Nie são Nicolas Dauphas, Zhe Zhang e Timo Hopp na Universidade de Chicago, e Menelaos Sarantos no Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA.

 

Papéis do Intemperismo

 

Em 2013, a NASA enviou um orbitador ao redor da Lua para realizar um reconhecimento atmosférico detalhado. O Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE, pronunciado "laddie") foi encarregado de coletar remotamente informações sobre a tênue atmosfera da Lua, condições da superfície e quaisquer influências ambientais sobre a poeira lunar.

 

A missão do LADEE foi projetada para determinar as origens da atmosfera lunar. Cientistas esperavam que as medições remotas da sonda sobre a composição do solo e da atmosfera pudessem correlacionar com certos processos de intemperismo espacial que poderiam, então, explicar como a atmosfera da Lua surgiu.

 

Os pesquisadores suspeitam que dois processos de intemperismo espacial desempenham um papel na formação da atmosfera lunar: a vaporizaçãode impactos e a "esfoliação iônica" - um fenômeno envolvendo o vento solar, que carrega partículas carregadas energéticas do sol pelo espaço. Quando essas partículas atingem a superfície lunar, elas podem transferir sua energia para os átomos no solo e fazer com que esses átomos sejam ejetados e lançados no ar.

 

"Com base nos dados do LADEE, parecia que ambos os processos estão desempenhando um papel", diz Nie. "Por exemplo, mostrou que durante chuvas de meteoritos, você vê mais átomos na atmosfera, o que significa que os impactos têm um efeito. Mas também mostrou que, quando a Lua está protegida do sol, como durante um eclipse, também há mudanças nos átomos da atmosfera, o que significa que o sol também tem um impacto. Portanto, os resultados não eram claros ou quantitativos."

 

Respostas no Solo

 

Para determinar mais precisamente as origens da atmosfera lunar, Nie recorreu às amostras de solo lunar coletadas por astronautas durante as missões Apollo da NASA. Ela e seus colegas na Universidade de Chicago adquiriram 10 amostras de solo lunar, cada uma medindo cerca de 100 miligramas - uma quantidade pequena que ela estima ser equivalente a uma única gota de chuva.

 

Nie procurou primeiro isolar dois elementos de cada amostra: potássio e rubídio. Ambos os elementos são "voláteis", o que significa que são facilmente vaporizados por impactos e esfoliação iônica. Cada elemento existe na forma de vários isótopos. Um isótopo é uma variação do mesmo elemento, que consiste no mesmo número de prótons, mas um número ligeiramente diferente de nêutrons. Por exemplo, o potássio pode existir como um dos três isótopos, cada um com um nêutron a mais e ligeiramente mais pesado que o anterior. Da mesma forma, há dois isótopos de rubídio.

 

A equipe raciocinou que, se a atmosfera lunar consiste em átomos que foram vaporizados e suspensos no ar, isótopos mais leves desses átomos devem ser mais facilmente lançados, enquanto isótopos mais pesados seriam mais propensos a se depositar de volta no solo. Além disso, os cientistas preveem que a vaporizaçãode impactos e a esfoliação iônica devem resultar em proporções isotópicas muito diferentes no solo. A proporção específica de isótopos leves para pesados que permanecem no solo, tanto para o potássio quanto para o rubídio, deve então revelar o principal processo que contribui para as origens da atmosfera lunar.

 

Com isso em mente, Nie analisou as amostras Apollo, começando por triturar os solos em um pó fino e, em seguida, dissolver os pós em ácidos para purificar e isolar soluções contendo potássio e rubídio. Ela então passou essas soluções por um espectrômetro de massa para medir os vários isótopos de potássio e rubídio em cada amostra.

 

No final, a equipe descobriu que os solos continham principalmente isótopos pesados de potássio e rubídio. Os pesquisadores foram capazes de quantificar a proporção de isótopos pesados para leves de potássio e rubídio, e comparando os dois elementos, descobriram que a vaporizaçãode impactos foi provavelmente o processo dominante pelo qual os átomos são vaporizados e lançados para formar a atmosfera da Lua.

 

"Com a vaporizaçãode impactos, a maioria dos átomos ficaria na atmosfera lunar, enquanto com a esfoliação iônica, muitos átomos seriam ejetados para o espaço", diz Nie. "Com o nosso estudo, agora podemos quantificar o papel de ambos os processos, dizendo que a contribuição relativa da vaporizaçãode impactos em relação à esfoliação iônica é cerca de 70:30 ou maior." Em outras palavras, 70% ou mais da atmosfera da Lua é um produto de impactos de meteoritos, enquanto os 30% restantes são consequência do vento solar.

 

"A descoberta de um efeito tão sutil é notável, graças à ideia inovadora de combinar medições de isótopos de potássio e rubídio com modelagem cuidadosa e quantitativa", diz Justin Hu, pós-doutorando que estuda solos lunares na Universidade de Cambridge, que não participou do estudo. "Essa descoberta vai além da compreensão da história da Lua, já que tais processos poderiam ocorrer e podem ser mais significativos em outras luas e asteroides, que são o foco de muitas missões de retorno planejadas."

 

"Sem essas amostras Apollo, não seríamos capazes de obter dados precisos e medir quantitativamente para entender as coisas com mais detalhe", diz Nie. "É importante para nós trazer amostras de volta da Lua e de outros corpos planetários, para que possamos formar imagens mais claras da formação e evolução do sistema solar."

 

Relatório de Pesquisa: Lunar Soil Record of Atmosphere Loss over Eons

 

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